Главная > Земля и экология > Возникновение гидросферы и атмосферы на Земле

Возникновение гидросферы и атмосферы на Земле

В земных недрах происходила не только выплавка базальтового слоя земной коры. Постоянно выделяющиеся во время грандиозных химических реакций газы уже не улетали в космическое пространство. Масса планеты настолько возросла, что была в состоянии удерживать их вблизи поверхности притяжением. Так, возникла первичная атмосфера. Выделяемые при извержениях пары воды, охлаждаясь, конденсировались и превращались в жидкость, которая скапливалась в понижениях рельефа.

Возникновение гидросферы и атмосферы было эпохальным событием в истории Земли. С тех пор они сосуществуют совместно и находятся в сложном взаимодействии.

По поводу возникновения атмосферы учёные выдвигают две гипотезы. Согласно первой гипотезе, атмосфера — газообразная выплавка первичного материала, когда-то покрывавшего расплавленную Землю. Большинство учёных придерживаются второй гипотезы, которая утверждает, что атмосфера является вторичным образованием, возникшим при освобождении газообразных химических элементов и соединений из расплавленного вещества.

Источником газообразных веществ, из которых состояла первичная атмосфера, были расплавленные горные породы земной коры, мантии и ядра. Это говорит о том, что атмосфера возникла уже после того, как Земля разделилась на оболочки. Крупнейший американский геохимик Г. Юри предполагает, что такая атмосфера могла состоять из смеси водяного пара, водорода, метана, аммиака и сернистого водорода. Английский геохимик П. Клауд считает, что в ранней атмосфере преобладали пары воды, углекислый газ, угарный газ, хлористый водород, водород и сера. Следовательно, в любом случае первичная атмосфера состояла из лёгких газов, которые удерживались у земной поверхности силами притяжения. Если сравнить древнейшую атмосферу с современной, то в ней отсутствовали привычные нам азот и кислород. Эти газы вместе с парами воды находились тогда в глубоких недрах Земли. Мало в то время было и воды: она в виде гидроксидов входила в состав мантийного вещества. Только после того как из пород верхней мантии стали интенсивно высвобождаться водяной пар и различные газы, возникла гидросфера, а толщина атмосферы и её состав изменились. Кстати, эти процессы продолжаются до сих пор. При извержении вулканов гавайского типа (см.ст. «Вулканы») при температурах 1000—1200° С в газообразных выбросах содержится до 80% паров воды и не менее 6% углекислого газа. Кроме того, в современную атмосферу выбрасывается большое количество хлора, метана, аммиака, фтора, бора и сероводорода.

Можно себе представить, какое огромное количество газов выбрасывалось в глубокой древности во время грандиозных извержений.

Сказанное выше — это не просто умозрительное предположение. Всё это подтверждается фактами. Оказывается, можно напрямую определить состав древней атмосферы. И сделал это российский учёный Ю. Казанский. В горных породах, возникших в то далёкое время, сохранились пузырьки древнейшего воздуха, который нужно было только выделить и исследовать его химический состав. В древней атмосфере преобладал углекислый газ, его было около 60%. Сегодня его место в атмосфере занимает азот (а углекислого газа всего 0,03%). Остальные 40% древней атмосферы составляли азот, сероводород, сернистый газ, пары соляной и фтористой кислот.

Первичная атмосфера была очень агрессивной средой и действовала на горные породы как сильная кислота. Да и температура её была очень высокой. Но как только температура понизилась, произошла конденсация водяного пара.

В настоящее время имеются неопровержимые доказательства существования на Земле гидросферы ещё 3,8 млрд лет назад. Свидетельством тому являются осадочные горные породы, обнаруженные в Гренландии и Южной Африке. Они образовались на дне древнейших морей.

Был ли тогда океан солёным? Каковы были размеры и глубина первичного океана? Ответить на эти вопросы очень непросто. Сегодня, рассматривая проблему состава первичного океана, учёные обычно выделяют два источника растворимых соединений. С одной стороны, в воде растворялись атмосферные газы, ас другой — соли, входящие в состав изверженных горных пород на дне Мирового океана и его берегах, а также то, что приносилось водами с суши. Не следует также забывать, что из атмосферы в воду поступали соединения серы, аммиак, хлористый и фтористый водород, а в воде, как известно, они образуют сильные кислоты, разъедающие горные породы на дне и берегах и извлекающие из них щелочные и щелочноземельные элементы. В результате в воде возникали соли, и поныне содержащиеся в водах Мирового океана. Не исключено, что солёность первичного Мирового океана мало отличалась от современной.

По предварительным данным средняя температура морских вод в катархее и раннем архее составляла 90—150° С, а атмосферное давление на земной поверхности оценивается примерно в 10—20 атмосфер. Оказалось, что в таких условиях вода не только не испаряется, но и не кипит. С течением времени в связи с изменениями состава атмосферы и её толщины атмосферное давление стало снижаться.

Долгое время в древних атмосфере и океане кислорода не было. Без него не могло существовать и озонового экрана. Космические лучи легко проникали на Землю, и под их действием в водах Мирового океана разлагались одни соединения и возникали другие, в том числе сложные органические соединения.

Кислород, выделяющийся при вулканических извержениях, до некоторого времени расходовался на окисление атмосферного аммиака, метана и оксида углерода. Освободившиеся при этом азот, углекислый газ и вода постепенно накапливались в атмосфере. Некоторое количество углекислого газа растворялось в воде, а значительная его часть сосредоточивалась в атмосфере. Сера и сероводород окислялись до сернистого и серного ангидрида. Вместе с углекислым газом они растворялись в морской воде, вступали в химические реакции с растворёнными в ней солями и образовывали труднорастворимые соли — карбонаты и сульфаты, которые стали выпадать в осадок и накапливаться на дне. На ранних стадиях в условиях бескислородной атмосферы, высоких температур и большой кислотности природных вод процессы выветривания протекали весьма своеобразно, и сохранившиеся продукты выветривания не имеют аналогов среди современных.

Только в раннем протерозое (2—2,5 млрд лет назад) в атмосфере появился кислород. Это подтверждают мощные толщи горных пород, которые могли образоваться только при наличии в атмосфере достаточного количества свободного кислорода. Но его пока было очень мало.

В течение протерозоя (0,65—2,5 млрд лет назад) в атмосфере всё ещё господствовали углекислый газ, аммиак, азот, а сопутствовали им кислород, сероводород, пары соляной и фтористой кислот, метан. По сравнению с предшествующим временем общее количество паров кислот в атмосфере сильно сократилось.

Постоянная ссылка на страницу: http://pochemy.net/?n=1560